Chương NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 5.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy điện hạt nhân Nguyên tắc quan trọng không để xảy tai nạn, điều chủ yếu phòng chống tới mức tối đa rủi ro có khả gây tai nạn Thiết kế đầy đủ, xác, thực cơng tác quản lý chất lượng nghiêm ngặt kiểm tra theo dõi thường xuyên để đề phòng phát sinh bất thường sai sót, hỏng hóc Bình thường không cần thao tác trực tiếp nhân viên, tình trạng phận lị phản ứng tổng hợp hiển thị phòng điều khiển trung tâm để nhân viên vận hành thường xun đánh giá tình trạng hoạt động lị cách xác 5.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy điện hạt nhân Để tránh thao tác sai nhầm lẫn gây ảnh hưởng lớn đến an toàn, lò phản ứng thiết kế với hệ thống an tồn lần, hệ thống khố liên động Hệ thống an toàn hai lần hệ thống thiết kế dựa nguyên tắc phận hệ thống gặp hỏng hóc chuyển sang trạng thái an tồn Hệ thống khố liên động hệ thống thiết kế để phòng chống trục trặc, cố phát sinh thao tác nhầm lẫn, ví dụ nhân viên vận hành nhầm lẫn định rút điều khiển khơng thể rút 5.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy điện hạt nhân Người ta áp dụng đối sách an toàn sau: Phát sớm bất thường Ở nhà máy điện hạt nhân để phát kiểm tra bất thường người ta lắp đặt thiết bị kiểm tra giám sát tự động cần thiết áp dụng biện pháp thích hợp ngừng lị phản ứng Có thể ngừng lị khẩn cấp Người ta lắp đặt thiết bị phát thiết bị ngừng lị khẩn cấp để lúc cho điều khiển vào lò phản ứng ngừng tự động lò phản ứng Chúng có đầy đủ độ tin cậy, nhiều tầng độc lập Nếu điều khiển khơng hoạt động lượng lớn dung dịch axit boric rót vào để 5.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy điện hạt nhân Phòng chống rò rỉ chất phóng xạ Do có nhiều chất phóng xạ nguy hiểm lò nên lò phản ứng hạt nhân thiết kế công phu nhằm đảm bảo chất nguy hiểm bị giữ bên thiết bị, bên nhà máy khơng bên ngồi xảy tai nạn Để đề phịng khả tai nạn không đủ nước tải nhiệt, người ta lắp hệ thống thiết bị làm lạnh tâm lò khẩn cấp thùng chứa lò phản ứng, chất phóng xạ nhốt chặt bên thùng chứa lò phản ứng 5.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy điện hạt nhân Những hạn chế việc xây dựng NMĐHN vấn đề: - Chi phí: Nhà máy điện hạt nhân có chi phí suốt thời gian hoạt động lớn - Độ an toàn: Nhà máy điện hạt nhân cho khơng an tồn, ảnh hưởng đến môi trường sức khoẻ người - Sự phát triển: Cơng nghệ hạt nhân dẫn đến việc chế tạo vũ khí hạt nhân làm ảnh hưởng đến tình hình - Phế liệu: Cần quản lý cách chặt chẽ thời gian dài, bảo quản tối đa khu vực nhà máy 5.2 Cấu trúc phân loại nhà máy điện hạt nhân 5.2.1 Cấu trúc nhà máy điện hạt nhân Sau vùng hoạt động nơi diễn phản ứng hạt nhân sản nhiệt năng, thiết bị trao đổi nhiệt để sinh đưa vào tua bin để sản điện Qua thiết bị trao đổi nhiệt chất tải nhiệt từ tâm lò phản ứng hệ thống nước tuần hồn vịng 2, nước nhận nhiệt độ nước (hay chất làm chậm) vòng truyền cho biến thành nước có áp lực cao đưa vào tua bin làm quay tua bin máy phát điện Sau qua tua bin nước đưa qua bình ngưng để trở thành nước lại đưa trở lại bình trao đổi nhiệt để trì trình trao đổi nhiệt cho liên tục Để phục vụ cho tuần hoàn nước, người ta phải dùng hệ thống bơm cưỡng Ngồi cịn phải có hệ thống điện tự dùng cho nhà máy điện hạt nhân Mọi thông số vật lý kỹ thuật hoạt động lị thơng báo số lên đồng hồ đo Nhà máy điện hạt nhân cịn phải có hệ thống thiết bị an toàn đảm bảo cho nhà máy hoạt động an tồn có hiệu Ngồi cịn phải có thiết bị kiểm sốt độ nhiễm xạ mơi trường ngồi để có biện pháp xử lý ngăn chặn Sau thời gian hoạt động, nhiên liệu bị cháy dần nên phải nghiên cứu việc thay nhiên liệu cho tối ưu Cấu trúc nhà máy điện hạt nhân 5.2.2 Yêu cầu vật liệu lò phản ứng a Yêu cầu vật liệu vùng hoạt * Vỏ nhiên liệu: Vật liệu làm vỏ có yêu cầu chính: Chiếm nơtron nên phải mỏng Bền học, vỏ bọc nhiên liệu nói chung có hình dáng kích thước khơng đổi Tính dẫn nhiệt cao, truyền nhiệt lâu mà khơng có ứng suất nhiệt lớn vỏ Ít bị chất làm lạnh làm rỉ ăn mòn * Chất làm chậm chất phản xạ: Hai loại chất phải chứa tạp chất Chất phản xạ chất làm chậm phải bền tác động xạ bền q trình iơn hố * Các vật liệu hấp thụ hệ thống điều khiển bảo vệ: Các chất phải có tiết diện hấp thụ nơtron nhiệt cao Trong lò nhiệt (chạy nơtron nhiệt) ta đòi hỏi chúng phải "đen" nghĩa tất nơtron qua mặt bị hấp thụ Trong nhiều trường hợp cịn phải có khả hấp thụ nơtron nhiệt * Vỏ lò: Vỏ lò nắp lò lò làm việc chịu tác dụng ứng suất học áp suất thừa lò, tải lượng nhiệt chế độ nhiệt dừng khơng dừng, lại cịn ln ln bị chiếu xạ nơtron nên phải có tính bền cao độ đàn hồi lớn Chịu chiếu xạ nơtron toàn thời gian lị hoạt động (tới 30 năm) khơng gây gẫy nứt nào, phải bền phóng xạ, khơng bị rỉ, cần chỗ bị rỉ làm xuất nơi tập trung ứng suất b Những đòi hỏi cho vật liệu nơi nằm vùng hoạt Đối với vật liệu làm ống dẫn nước ống dẫn phải có độ bền cao, có khả chống nứt nẻ lớn, phải bị rỉ chất rỉ đưa vào chất tải nhiệt làm ảnh hưởng xấu tới trạng thái phóng xạ lị, có nguy tạo cặn bám mặt nhiên liệu c Những đòi hỏi cho vật liệu dùng xây dựng lò Để làm vật liệu cấu tạo xây dựng lò, người ta dùng kim loại hợp kim chúng chúng bền chịu đàn hồi cao, bền bị biến dạng đàn hồi 5.2.3 Nhiên liệu hạt nhân Nhiên liệu hạt nhân chế tạo dạng đốt, có nhồi viên nhiên liệu viên thuốc Các nhiên liệu bó lại thành bó, chúng nhúng vào vùng hoạt lị phản ứng Giữa bó nhiên liệu khe hở để chất tải nhiệt qua lấy nhiệt ngồi Nếu lị lị nhiệt vùng hoạt lị cịn phải có chất làm chậm nơtron Để làm giảm thể tích vùng hoạt lị giảm kích thước ngồi lò, người ta thường dùng nhiên liệu làm giàu (hàm lượng U235 cao 0,73%) 5.2.4 Tái chế nhiên liệu qua sử dụng Sự cháy nhiên liệu tích luỹ sản phẩm phân hạch làm giảm độ phản ứng lò, người ta phải cho vào số nhiên liệu nhiều số cần thiết để trì phản ứng dây chuyền rút dần Song rút cịn chứa nhiều urani cịn có khả phân hạch nên cần tìm cách tái chế Tái chế nhiên liệu tách urani khỏi sản phẩm phân hạch có nhiên liệu cháy Việc tách cách an tồn sản phẩm phân hạch phóng xạ khỏi nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng vấn đề phức tạp quan trọng ngành lượng hạt nhân 5.3 Xây dựng, vận hành nhà máy điện hạt nhân 5.3.1 Địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân Tiêu chuẩn lựa chọn địa điểm xây dựng NMĐHN: Khơng có thiên tai động đất, núi lửa, lũ lụt, sóng thần Đảm bảo đường lánh nạn khẩn cấp Có thể lấy nước biển làm chất tải nhiệt cách dễ dàng, thuận lợi cho công tác xây dựng vận chuyển Nền móng đảm bảo Đảm bảo nguồn nước Giao thông thuận lợi Gần đường tải điện 5.3.2 Khảo sát môi trường, địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân Đại dương: Khảo sát vấn đề: dòng hải lưu, lên xuống thuỷ triều, nhiệt độ nước biển, địa hình địa chất đáy biển Căn theo tài liệu thu được, tính độ khuếch tán nước thải nhiệt từ nhà máy bảo toàn mơi trường biển Khí quyển: Thu thập số liệu theo thời gian tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, phân bổ nhiệt độ theo độ cao, theo thời tiết, Mặt đất: Khảo sát địa hình, địa chất, tài liệu thu sử dụng vào thiết kế nhà máy 5.4 Thời gian xây dựng xong NMĐHN Lựa chọn địa điểm cần khảo sát, đánh giá địa điểm: Khoảng năm Thiết kế sơ nhà máy sau thẩm định an toàn: Khoảng năm Thời gian xây dựng nhà máy điện hạt nhân: Khoảng năm Do từ định địa điểm bắt đầu vận hành nhà máy điện hạt nhân 12 năm, thông thường 15 năm 5.5 Công tác tổ chức cán NMĐHN Phó Giám đốc Phịng Tổng hợp 20 người Phó Giám đốc Phịng Kế tốn 20 người Phòng Vận hành 50 người Phòng Kỹ thuật Phòng Quản lý xạ Phòng Điện .15 người Phòng Máy 30 người Phòng Xây dựng .15 người Giám đốc Kỹ sư chủ nhiệm quản lý lò Kỹ sư chủ nhiệm quản lý điện Phụ trách môi trường Phụ trách quản lý chất lượng .15 người 30 người 5.6 Đánh giá hoạt động NMĐHN Để quản lý hoạt động đánh giá hoạt động nhà máy điện hạt nhân người ta phải biết tình trạng lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện hạt nhân mặt vật lý: lị có hoạt động bình thường không, thông số vật lý thời sao, phân bổ thơng lượng nơtron lị, độ phản ứng dư, mức độ cháy nhiên liêu, mức độ lò bị nhiễm độc sản phẩm phân hạch (chủ yếu gây hai nguyên tố xênôn samari), vấn đề nhiệt thuỷ động lò (phân bố nhiệt, tốc độ dòng chảy hệ thống tải nước vòng 1, vòng 2) v.v 5.7 Tuổi thọ nhà máy điện hạt nhân Theo thiết kế, thời gian sử dụng nhà máy điện hạt nhân giai đoạn đầu 30 năm, kéo dài thời gian vận hành thêm khoảng 20 đến 30 năm Sau vận hành 30 năm, hầu hết nhà máy điện hạt nhân hoàn vốn thiết bị tiếp vận hành đem lại nhiều lợi ích mặt kinh tế Do vậy, việc kéo dài thời gian sử dụng tiếp tục vận hành trở thành khuynh hướng chung giới Thời gian sử dụng theo thiết kế nhà máy điện hạt nhân xây khoảng 50 đến 60 năm